颗粒阻尼技术是一种较新型的阻尼技术,它是将金属或非金属颗粒按一定的填充率放入振动结构的空腔或附加空腔内,在主结构的振动过程中,诱发颗粒与颗粒以及颗粒与空腔内壁之间的非弹性碰撞和摩擦,以此产生阻尼效应,同时颗粒与主结构之间进行的动量交换也能够起到抑制振动的作用。颗粒阻尼具有结构简单、减振频带宽、适应恶劣环境(高温、腐蚀等)以及价格低廉等优点,因此引起国内外学者越来越多的关注。为了扩展颗粒阻尼技术的应用范围,针对颗粒阻尼存在的缺陷,本文从工程应用的实际需求出发,运用理论、仿真和试验相结合的方式对颗粒阻尼进行研究,主要工作如下:1、失重状态下颗粒阻尼的仿真研究。利用离散单元法对处于零重力下的阻尼颗粒的运动特点和阻尼特性进行仿真研究,研究结果表明对于处在失重状态下的颗粒阻尼器,当颗粒层与阻尼器空腔的间隙过大或阻尼器的振动水平较小时,颗粒将形成一个松散的“云团”,悬浮于容器的中央,阻尼器无法将能量注入给颗粒,颗粒之间的相互作用不明显,阻尼效果无法得到发挥。因此只有在大填充率或大振幅下颗粒阻尼才能充分发挥其阻尼效应,这与地面上颗粒阻尼的耗能特性有显著的不同。在零重力环境下,为了提高阻尼器在小振幅或低填充率时的耗能能力,我们提出了一种颗粒阻尼器的改进方法,即在阻尼容器中安装扰动器来打破悬浮的颗粒“云团”,结果证明这是一种可大幅度提高阻尼性能的简单而有效的方法;2、基于粉体力学模型的颗粒阻尼研究。利用粉体力学建立了颗粒阻尼的一个理论模型,并与DEM仿真相结合,研究了圆柱形颗粒阻尼器的尺寸、振动强度及激励方向对颗粒阻尼器阻尼特性的影响。研究发现,对于不同内径的圆柱形阻尼器,当受到轴向激励时,内径大的阻尼器由固态进入液态、气态所需要的振动强度更小,也就说明在受到同样大小的轴向振动时,内径大的阻尼器耗能效果更好,这一结论可以作为颗粒阻尼器设计的一个准则,即在主结构振动水平较低时,尽可能的增大阻尼器的内径,更有助于颗粒阻尼发挥其耗能特性。3、颗粒阻尼吸振器的试验研究。为了解决传统颗粒阻尼器在微振动环境中(振动加速度gAa￡1)不能发挥阻尼减振作用的缺陷,利用动力吸振器的振动控制原理,提出一种新型的颗粒阻尼器——颗粒阻尼吸振器。并通过试验验证了其阻尼减振效果。试验结果表明,在传统颗粒阻尼器无法工作的微振动环境中,颗粒阻尼吸振器一方面作为吸振器能够吸收主系统的能量,另一方面由于弹性支撑的放大作用使得颗粒阻尼器的局部振动强于主系统,颗粒阻尼的耗能特性也能够得到发挥;在达到传统阻尼器的工作条件时,相同振动强度下颗粒阻尼吸振器的减振效果明显优于传统颗粒阻尼器;4、颗粒阻尼器的近似理论模型研究。对于具有高度非线性动力学特性的颗粒阻尼器,提出一种2-dof的近似模型,该简化模型能够很好的反映颗粒阻尼器的耗能特点。将该模型应用于颗粒阻尼吸振器系统的理论建模,发现理论计算的频响函数与试验测得的数据吻合程度很高。此外,研究还发现了颗粒阻尼器等效模型中的三个主要参数随着振动加速度增加的变化规律,特别是颗粒阻尼器的等效粘性阻尼系数eqc,其随振动加速度的变化符合Gamma分布;5、颗粒阻尼在中空轴系纵向振动控制中的应用研究。针对中空轴系的多阶纵向振动问题,以颗粒阻尼吸振器的原理为基础,并辅以粘弹性阻尼材料,设计纵振阻尼器,实现对中空轴系多阶纵向振动的控制。研究过程中综合运用传递矩阵法和Ansys有限元仿真两种方法,研究结果表明设计的阻尼器对轴系的前三阶纵向振动控制效果非常明显。